基于均匀B样条的树干表面形貌三维重构技术研究

论文摘要

3D激光扫描测量系统拥有较为特殊的技术与较高的质量,能够从单一点测量向面测量进行不停的扩展,可以及时得到物体的立体数据,创造了测量范畴的技术走向。传统立体照相技术的成像方式最大的缺点是在视线深度上无法获取影像数据,而3D激光扫描技术弥补了这方面的不足。本文借助3D激光扫描技术,对树干表面形貌进行三维重建,可以用于进一步准确计算树的直径,材积和生长参数等,同时也可观测树木纹理,节子、虫洞等的深度和变化,对研究因季节性等因素导致立树生长状况的改变、名树古木健康状况的监测和评价具有十分重要的意义。三维激光扫描系统是当前测绘范畴领域内的一个热门研究,应用广泛。本文为实现树干周围360°的激光同步扫描,在尽量减小误差,提高测量精度情况下对树干表面形貌进行三维重构,设计并组装了一种便携式三维激光扫描装置,能够全方位扫描被测树干的表面形貌。此装置主要根据机械原理、电气原理等设计出的由扫描平台、平移升降台(平移升降台又包括升降机构和基座部)和中控设备三部分组成的三维激光扫描仪硬件系统。在该扫描装置的平移升降台上,三等分周角位置各放置一个2080Gocator3D智能传感器,使三维激光扫描仪实现360°全覆盖同步扫描。本研究通过七参数法对三坐标独立智能激光扫描仪进行机械校准后,收集被扫描树干表面形貌的三维点云数据,从而实现树干表面形貌的三维重构。本研究采用经节点插值改进后的三次均匀B样条算法实现对树干表面形貌的三维重建,获得了较为精确的三维重建图像。通过与插值前的树干表面形貌三维重建图像相比,经插值后的树干表面形貌三维重建图像更为顺滑,并且能够更为准确地反映出树干表面的节子、纹理等表面形貌特征。本研究为进一步研究和建立树木三维数字化档案,提供了相应的技术参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 研究背景及意义
•     1.2.1 研究背景
•     1.2.2 研究意义
•   1.3 激光扫描检测树干的研究现状
•     1.3.1 国外研究现状
•     1.3.2 国内研究现状
•     1.3.3 研究现状分析
•   1.4 本文主要研究内容
• 2 树干三维激光扫描技术的基本原理
•   2.1 三维激光扫描获取数据的基本原理
•   2.2 树干三维激光扫描的数据测量及坐标变换
•     2.2.1 激光扫描仪的数据测量
•     2.2.2 坐标变换
•   2.3 树干三维激光扫描的测距原理
•     2.3.1 激光脉冲测距
•     2.3.2 测距流程
•   2.4 树干三维激光扫描仪的测角原理
• 3 便携式树干三维激光扫描硬件系统
•   3.1 三维激光扫描仪的选取
•   3.2 便携树干表面形貌三维激光扫描平移升降装置
•     3.2.1 扫描平台
•     3.2.2 平移升降台
•     3.2.3 中控设备
•   3.3 三维激光扫描仪数据采集
•     3.3.1 坐标系标定
•     3.3.2 机械标定
•     3.3.3 三维激光扫描仪硬件系统的扫描
•     3.3.4 树干三维点云数据获取
•   3.4 本章小结
• 4 基于均匀B样条的树干表面形貌三维重建
•   4.1 B样条理论
•     4.1.1 Bezier曲线
•     4.1.2 B样条曲线
•   4.2 树干表面形貌三维建模
•     4.2.1 Newton插值多项式
•     4.2.2 B样条曲线建模
•     4.2.3 节点插入改进算法
•   4.3 实验结果及讨论
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 附件

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 裴魏魏

导师: 戚大伟

关键词: 激光扫描,数据采集系统,树干,样条

来源: 东北林业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技,信息科技

专业: 物理学,林业,无线电电子学,计算机软件及计算机应用

单位: 东北林业大学

基金: “中央高校基本科研业务费专项资金”(项目编号:2572017CB28),“国家自然科学基金”(项目编号:31570712)

分类号: S758;TN249;TP391.41

DOI: 10.27009/d.cnki.gdblu.2019.000145

总页数: 50

文件大小: 3546K

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